Линза френеля своими руками для проектора
Поиск по сайту и форму
Поставь ссылку
на этот сайт: 
код HTML
В предыдущем разделе мы определились, что для освещения нашей LCD панели необходима линза Френеля, или «френель». Линза названа по имени ее изобретателя, французского физика Огюстена Жана Френеля. Первоначально использовалась в маяках. Основное свойство френели в том, что она легкая, плоская и тонкая, но при этом обладает всеми свойствами обычной линзы. Френель состоит из концентрических канавок треугольного профиля. Шаг канавок сопоставим с высотой их профиля. Таким образом, получается, что каждая канавка является как бы частью обычной линзы.
Кое-что о линзах Френеля можно почитать тут.
Нужно отметить, что в проекторе вместо одной френели используется пара. Если тебе попадется френель от оверхед-проектора, обрати внимание, что она с обеих сторон гладкая, т.е. на самом деле состоит из двух френелей, обращенных ребристыми поверхностями друг к другу и склеенных по периметру.
Зачем использовать две френели и можно ли обойтись одной?
Взгляни на схему и все станет ясно.
Если использовать только одну френель, необходимо, чтобы лампа находилась примерно в двойном фокусе. Лучи от лампы будут также сходиться примерно в двойном фокусе. Минимальное фокусное расстояние у доступных френелей составляет 220 мм. Это означает, что конструкцию придется сильно удлинить. Но самое главное — при таком расстоянии от лампы до френели эффективный телесный угол лампы оказывается очень мал.
При использовании 2 френелей от обоих недостатков удается избавиться. Источник света располагается чуть ближе фокусного расстояния от левой френели, а она формирует «мнимый» источник за пределами двойного фокусного расстояния правой френели. После прохождения правой френели лучи будут сходится между фокусом и двойным фокусом.
Вернемся к нашей оптической схеме из предыдущего раздела (имеем в виду, что у нас две френели, хотя нарисована одна):
Помнишь, я говорил, что эта схема упрощена? Если бы все было так, как нарисовано, объектив нам был бы не нужен. Каждый луч от источника света проходил бы через единственную точку френели, затем через единственную точку на матрице и летел бы себе дальше, пока не наткнется на экран и не сформирует на нем точку нужного цвета. Для точечного источника и идеальной матрицы это было бы верно. Теперь добавляем реализма — неточечный источник.
В виду того, что у нас в качестве источника света используется лампа, т.е. светящееся тело вполне определенных, конечных размеров, реальная схема прохождения лучей будет выглядеть следующим образом:
1-й этап построения — левая френель формирует «мнимое изображение» электрической дуги лампы. Оно необходимо нам, чтобы правильно построить ход лучей через правую френель.
2-й этап построения — забываем про наличие левой линзы и строим ход лучей для правой линзы, как если бы «мнимое» изображение было реальным.
3-й этап — отбрасываем все лишнее и объединяем две схемы.
Нетрудно догадаться, что именно в той точке, где формируется изображение дуги лампы, нам и нужно установить объектив. Изображение дуги при этом несет в себе информацию о цвете каждого пикселя матрицы, через которую прошел свет (на рисунке не показана).
Какое фокусное расстояние должно быть у френелей?
Френель, обращенная к лампе (левая, №2), берется максимально короткофокусной для большего угла охвата. Фокусное расстояние другой френели (правой, №1) должно быть на 10-50% меньше фокусного расстояния объектива (1-2 см расстояние от френели до матрицы, сама матрица находится между фокусом и двойным фокусом объектива, в зависимости от расстояния от объектива до экрана). Фактически на рынке наиболее распространены френели с 2 значениями фокусных расстояний: 220 мм и 330 мм.
При выборе фокусного расстояния френелей нужно обращать внимание на тот факт, что, в отличие от обычных линз, френели капризны к углу падения света. Поясню двумя схемами:
Каприз заключается в том, что лучи, падающие на рифленую поверхность френели, должны быть параллельны оптической оси (или иметь минимальное отклонение от нее). В противном случае эти лучи «улетают вникуда». На левой схеме источник света находится приблизительно в фокусе левой линзы, поэтому лучи между линзами идут почти параллельно оптической оси и в итоге сходятся приблизительно в фокусе второй линзы. На правой схеме источник света расположен гораздо ближе фокусного расстояния, поэтому часть лучей попадает на нерабочие поверхности правой линзы. Этот эффект тем больше, чем больше расстояние от фокуса до источника и чем больше диаметр линзы.
1. Линзы должны размещаться рифлеными сторонами друг к другу, а не наоборот.
2. Источник света желательно располагать как можно ближе к фокусу первой линзы, и как следствие:
3. Возможности по перемещению источника света для регулировки точки схождения пучка в объектив ограничены всего несколькими сантиметрами, иначе — потрея яркости картинки по краям и появление муара.
Какого размера должны быть френели?
Френели изначально изготавливаются круглыми. Перед продажей производитель обрезает их до получения прямоугольной формы. Чаще всего френели доступны в виде квадратов со скругленными углами или прямоугольников с соотношением сторон приблизительно 4:3. Размер френелей целиком диктуется размером LCD матрицы. Для полного охвата матицы размеры френели должны превышать размеры матрицы минимум на 15 мм в каждом измерении. Из них по 2,5 мм с каждой стороны уйдет под монтажную рамку. Остальные 5 мм требуются, чтобы компенсировать трапециевидный ход лучей (см. рисунок). Исходя из вышесказанного, следует, что стандартные френели от ОХП размером 285х285 мм, и даже 310х310 мм не покроют матрицу 15″ целиком. Если для тебя это критично, используй бОльшие линзы или меньшую матрицу. Еще вариант — программно уменьшить размер рабочего стола (Windows) так, чтобы он занимал не всю матрицу, а только ее часть, захватываемую френелями. Подробнее об этом разделе Источник изображения.
Из какого материала должны быть френели?
Наиболее доступны в настоящий момент френели из оптического акрила (оргстекла, иначе говоря). Они имеют отличную прозрачность и немного эластичны. Для нашей цели этого достаточно, учитывая, что качество френелей АБСОЛЮТНО НЕ ВЛИЯЕТ на резкость и геометрию картинки (только на яркость).
Как обращаться с френелями?
Исходя из собственного опыта, рекомендую обращаться с френелями особо осторожно.
1. Не оставляй отпечатков пальцев на рифленой стороне френели. Тщательно мой руки с мылом перед любыми операциями над френелями. Лучше всего с момента покупки и до окончания экспериментов обернуть френели полиэтиленовой пленкой для упаковки продуктов.
2. Если отпечатки на рифленой стороне все-таки появились, НЕ ПЫТАЙСЯ их стереть. Никакие моющие средства (в т.ч. средства для мытья окон на основе нашатыря) не помогают, т.к. не проникают достаточно глубоко. Наружные ребра канавок при этом слегка скругляются, а между канавками забиваются частички от салфетки/ваты, используемой для протирки. В итоге френель начинает рассеивать лучи. Лучше оставить с отпечатками. Гладкую сторону протирать можно, но только будучи уверенным, что моющее средство не попадет на рифленую сторону.
3. Следи за температурным режимом. Не допускай нагрева френелей выше 70 градусов. При 90 градусах линзы начинают плыть, а пучок света теряет форму. Лично я запорол один комплект линз из-за этого. Для контроля температуры используй тестер с термопарой. Продается в любом радиомагазине.
Что такое объектив и зачем он нужен, думаю, ты понял. Самое главное правильно его выбрать, а, выбрав, найти, где купить 🙂 Для выбора нам необходимо знать 4 основные характеристики:
В принципе объективом может служит и одна линза, например лупа. Однако чем дальше от центра картинки, тем хуже будет ее качество. Появятся сферические искажения (абберации), хроматические абберации (за счет разных углов преломления лучей различных длин волн белая точка, например, превращается в кусочек радуги), потеря резкости. Поэтому для достижения максимального качества картинки используются ахроматические объективы из 3 или более линз. Такие использовались в эпидиаскопах, старых фотокамерах, аппаратах для аэрофотосъемки и т.п. В оверхед-проекторах также используются трехлинзовые объективы, но такие модели проекторов дороже, чем модели с однолинзовыми объективами.
От фокусного расстояния объектива зависит, на каком расстоянии от исходного объекта (матрицы) его нужно расположить и какого размера изображение на экране ты получишь. Чем больше фокусное расстояние, тем меньше размер экрана, тем дальше от экрана можно разместить проектор, тем длиннее корпус проектора. И наоборот.
Показывает, какого размера исходное изображение может охватить объектив, сохраняя приемлемую яркость, резкость (разрешающую способность) и т.п. «Приемлемое» — понятие растяжимое. Если для аэрофотообъектива в паспорте указан угол зрения, например, 30 градусов, это может означать, что реально он охватит и 50 градусов, но резкость по краям для аэрофотосъемки уже не годится, зато для нашего проектора, где не нужна большая разрешающая способность, вполне подойдет.
Светосила и относительное отверстие
Относительное отверстие, если упрощенно — отношение диаметра объектива к его фокусному расстоянию. Обозначается в виде дроби, например 1:5,6, где 5,6 — «диафрагменное число». Если у нас есть объектив с диаметром внутренней линзы 60 мм и фокусным расстоянием 320 мм, его относительное отверстие будет равно 1:5,3. Чем больше относительное отверстие (меньше диафрагменное число), тем больше светосила объектива — способность передавать яркость объекта — и тем обычно хуже резкость/разрешающая способность.
Каким должно быть относительное отверстие?
Относительное отверстие можно найти, зная диаметр линз и фокусное расстояние. Применительно к нашей оптической схеме можно сказать, что диаметр линз объектива должен быть не меньше размера изображения дуги лампы, формируемого френелями. Иначе часть света лампы будет потеряна.
Тут настало время сделать еще одно уточнение к нашей оптической схеме.
Очевидно, что матрица рассеивает проходящие сквозь нее лучи. Т.е. каждый луч, попадающий на матрицу, выходит из нее уже в виде пучка лучей с различным угловым отклонением. В итоге изображение дуги лампы в плоскости объектива оказывается «расплывчатым», увеличивается в размерах, однако продолжает нести в себе информацию о цветах пикселей матрицы.
Наша задача — собрать это «расплывчатое изображение дуги» объективом полностью.
Отсюда вывод: относительное отверстие объектива должно быть таким, чтобы собрать изображение лампы, но не более того.
Какими должны быть фокусное расстояние и угол зрения?
Эти параметры определяются размером исходного изображения (матрицы), расстояния от объектива до экрана и размером желаемого изображения на экране.
F объектива=L*(d/(d+D)), где
L-расстояние до экрана
Вот калькулятор для расчетов (содранный с www.opsci.com, слегка адаптированный и переведенный на понятный язык)
Из отечественных объективов есть положительные результаты использования Индустаров 17, 13, 37, а также Уран-12, ОФ-41 и ОР-451. Вот выдержки из таблицы объективов, собранной Arthurka:
Источник
Форумы на DIYProjector.info: Самодельная Френель — Форумы на DIYProjector.info
- Теория
- Обсуждения
- Пользователи
- Галерея
- Правила форума
- Форумы на DIYProjector.info
- >LCD проектор своими руками
- >Оптика
- Просмотр новых публикаций
Самодельная Френель как создать большую линзу-заменитель френели
#1 PhenoMen
PhenoMen - Активный участник
- Группа: Постояные пользователи —>
- Сообщений: 1 519
- Регистрация: 15 Апрель 12
- Откуда: Львов
В етой теме обсуждаем идеи как можно дома создать большую линзу-заменитель френели из обыкновенного оргстекла или оптических компаундов.
Некоторые спросят: почему же я создал такую тему если есть френели? Отвечаю — потому что не везде можно купить ети френели(на Украине например нет нигде френелей с размерами пригодными для создания проектора), а в случае с Френелью под монитор 21.5 дюйма я и в росии не нашел предложений с такими размерами (60х60см получаеться размер). Только за бугром.
У меня возникла идея сделать большую линзу так:
1) берем сателитную антенну (тарелку) диаметром 0.6м (для линзы на монитор 21.5 дюйма должно хватить). снимаем с антенны фарбу смывкой для фарбы (по идее должен быть гладкий металл после отмывки фарбы).
2) кладем в тарелку куски прозрачного оргстекла, предварительно рассчитав суммарный обьем кусочков. (обьем должен быть больше полости тарелки)
3) кладем тарелку с оргстеклом и квадратный кусок оконного стекла с размером стороны 0.6м в кухонную духовку и выставляем температуру нагрева 180-200 град и разогреваем. (внимание температура воспламенения оргстекла 260 градусов — будьте осторожны! более подробно
-википедия)
4) когда пластик полностью расплавиться и температура достигнет 200 градусов, открываем духовку вынимаем квадрат из оконного стекла и кладем его на тарелку с расплавленным оргстеклом сверху для создания плоской ровной поверхности нашей линзы.
5) выключаем духовку, ждем остывания. Проверяем результат. Должна создаться плоско-выпуклая линза (полный аналог одной френели)
6) делаем такую же линзу и складываем по схеме для проектора (выпуклостями одна к одной а плоскостями наружу)
Вопрос : возможно ли так создать приемлемую по качеству линзу-заменитель френели? (френель ведь тоже не можно считать качественной линзой- изображения из нее не получишь, только свет можно собрать в фокус более-менее равномерно с поверхности, что и нужно для проектора).
И еще я слышал такой термин как «параболическая антенна» для сателлитных антенн . Ето значит что форма кривизны в такой антенны парабола а не круг? Если да то будет ли работать в таком случае отлитая линза ? (ето уже получиться асферический тип линз какбы)
Если не будет работать тогда я предлагаю заменить сателлитную антенну на сферический отражатель для прожектора (правда где купить сферический отражатель диаметром 0.6м я не нашел в интернете) или еще на что то другое сферической формы (высказывайте свои идеи).
Возможно просто взять компаунд оптический создать линзу по такой же схеме с оконным стеклом и тарелкой но без духовки, но я не уверен в результате и такое количество компаунда будет стоить не дешево имхо и нужно день ждать минимум, а если будет косяк (пузырьки или дефект поверхности) то переделать такую линзу невозможно — надо новый компаунд покупать, а если с оргстекла делать — то можно опять переплавить линзу в духовке и исправить косяк (так более дешево получается).
Сообщение отредактировал PhenoMen: 10 Август 2012 — 19:00
#2 МАКС
- Активный участник
- Группа: Постояные пользователи —>
- Сообщений: 2 861
- Регистрация: 26 Апрель 07
- Откуда: —
— фокус парабалической антены откланен от ее оси — сам глянь, приемник устанавливают не по центру тарелки а ниже, соответствено данная форма не подайдет.
«ето уже получиться асферический тип линз какбы»
— асферический тип линз тоже используют в качестве соберающей оптики..
— «спекании» акрила не под давлением практически гарантированно даст немеренное количество пузырьков и неоднородностей. — а опт полимеры да, удавольствие не дешовое подороже комплекта френей.
— по поводу формы вопрос не простой и скорее всего какогото готового решение не найдешь..
#3 luckylamer
- Активный участник
- Группа: Постояные пользователи —>
- Сообщений: 3 649
- Регистрация: 23 Ноябрь 05
- Откуда: «»
харошая однако у тебя духовка (0.6м) наверное свиной окорочок целиком запечь можно. можно санки круглые было бы, кстати тоже параболоид говорят. отливать хоть плав, хоть компаунд, хоть насыщенный раствор нужно с разряжением, что бы вышли пузырьки.
полировать пластик(а это по любому) занятие весьма и весьма не благодарное.
Сообщение отредактировал luckylamer: 10 Август 2012 — 10:42
#4 PhenoMen
- Создатель темы
- Активный участник
- Группа: Постояные пользователи —>
- Сообщений: 1 519
- Регистрация: 15 Апрель 12
- Откуда: Львов
Сообщение отредактировал PhenoMen: 10 Август 2012 — 20:46
#5 МАКС
- Активный участник
- Группа: Постояные пользователи —>
- Сообщений: 2 861
- Регистрация: 26 Апрель 07
- Откуда: —
— дихлорэтан черезвычайно ядовит даже в малых количествах а для того чтобы растворить необходимое количество акрила для такой линзы его понадобится литры.
«думаю можно еще взять форму для отливки из под сферических зеркал (есть такие в продаже диаметром до 1.2м, используют для надзора и на дорогах для улучшения безопасности движения).»
— ты сперва прикинулбы какой фокус получится у такой линзы — не один метр.
— поищи в инете формулу расчета линзы, посчитай, начерти а после прикинь какой будет ВЕС у линзы диаметром в 0,6м и с фокусом хотябы в 1метр />
Источник
